[發(fā)明專利]基于GPU并行計(jì)算的電力系統(tǒng)PQ分解狀態(tài)估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010470768.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111711186B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙化時(shí)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;G06F17/15
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于GPU并行計(jì)算的電力系統(tǒng)PQ分解狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，至少包括：

S1.采集電力系統(tǒng)的量測(cè)參數(shù)和電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

步驟S1所述電力系統(tǒng)的量測(cè)參數(shù)包括：節(jié)點(diǎn)電壓U、節(jié)點(diǎn)注入有功功率P_{inj_M}、節(jié)點(diǎn)注入無(wú)功功率Q_{inj_M}、支路兩側(cè)有功功率P_{ft_M}、P_{tf_M}支路兩側(cè)無(wú)功功率Q_{ft_M}、Q_{tf_M}及電流幅值；通過(guò)量測(cè)參數(shù)形成有功測(cè)值向量Z_{P_M}、無(wú)功量測(cè)值向量Z_{Q_M}，以及有功量測(cè)權(quán)矩陣R_P和無(wú)功量測(cè)權(quán)矩陣R_Q；所述電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括：節(jié)點(diǎn)數(shù)nodeNum、支路數(shù)量lnNum、支路首節(jié)點(diǎn)編號(hào)f、支路末節(jié)點(diǎn)編號(hào)t、支路電阻R、支路電抗X、支路非標(biāo)準(zhǔn)變比K、對(duì)地導(dǎo)納B、節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電導(dǎo)G_sh、節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電納B_sh；

S2.根據(jù)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)生成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣及支路導(dǎo)納列表；

步驟S2所述的支路導(dǎo)納列表由一側(cè)至另一側(cè)的導(dǎo)納存放結(jié)構(gòu)依次為：支路導(dǎo)納列：Y_s[1]～Y_s[lnNum]、支路f側(cè)對(duì)地導(dǎo)納列：Y_f[1]～Y_f[lnNum]及支路t側(cè)對(duì)地導(dǎo)納列：Y_t[1]～Y_t[lnNum]；

支路導(dǎo)納列中任意一個(gè)支路k導(dǎo)納Y_s(k)的求解公式為：

其中，Y_s(k)表示該支路導(dǎo)納，R(k)表示該支路電阻，X(k)表示該支路電抗；K(k)表示該支路非標(biāo)準(zhǔn)變比；g_s(k)為該支路電導(dǎo)；b_s(k)為該支路電納；j為復(fù)數(shù)計(jì)算中虛部標(biāo)識(shí)；

支路f側(cè)對(duì)地導(dǎo)納列中第k個(gè)支路f側(cè)對(duì)地導(dǎo)納Y_f(k)的求解公式為：

其中，B(k)表示該支路對(duì)地電容，g_f(k)為該支路f側(cè)對(duì)地電導(dǎo)；b_f(k)為該支路f側(cè)對(duì)地電納；

支路t側(cè)對(duì)地導(dǎo)納列中第k個(gè)支路t側(cè)對(duì)地導(dǎo)納Y_t(k)的求解公式為：

其中，g_t(k)為該支路t側(cè)對(duì)地電導(dǎo)；b_t(k)為該支路t側(cè)對(duì)地電納；

S3.以電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓幅值及電壓相角作為狀態(tài)變量向量，對(duì)狀態(tài)變量向量初始化，將節(jié)點(diǎn)電壓幅值初始化為1.0pu，節(jié)點(diǎn)電壓相角初始化為0.0rad；

S4.根據(jù)電力系統(tǒng)的量測(cè)參數(shù)和電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，分別計(jì)算有功雅各比矩陣H_P及無(wú)功雅各比矩陣H_Q；

步驟S4所述的有功雅各比矩陣H_P為nodeNum+lnNum*2行nodeNum列的稀疏矩陣，有功雅各比矩陣H_P中的元素計(jì)算公式為：

θ_ft＝θ_f(k)-θ_t(k)

其中，P_inj(i)為點(diǎn)i的注入有功功率；B_ij表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的支路電導(dǎo)，B_ii表示節(jié)點(diǎn)i的自電導(dǎo)、θ_i為節(jié)點(diǎn)i的電壓相角、θ_j為節(jié)點(diǎn)j的電壓相角；U_f(k)為支路k起始節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；U_t(k)為支路k末節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；θ_f(k)支路k起始節(jié)點(diǎn)的電壓相角，θ_t(k)為支路k末節(jié)點(diǎn)的電壓相角；f(k)為支路k起始節(jié)點(diǎn)編號(hào)、t(k)為支路k末節(jié)點(diǎn)編號(hào),θ_ft表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的電壓相角差；

無(wú)功雅各比矩陣H_Q為nodeNum*3+lnNum*2行nodeNum列的稀疏矩陣，無(wú)功雅各比矩陣H_Q中的元素計(jì)算公式為：

θ_ft＝θ_f(k)-θ_t(k)

其中，Q_inj(i)為節(jié)點(diǎn)i的注入無(wú)功功率，B_ij表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的支路電導(dǎo)，B_ii表示節(jié)點(diǎn)i的自電導(dǎo)、U_i為節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值、U_j為節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值；U_f(k)為支路k起始節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；U_t(k)為支路k末節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；θ_f(k)支路k起始節(jié)點(diǎn)的電壓相角，θ_t(k)為支路k末節(jié)點(diǎn)的電壓相角；f(k)為支路k起始節(jié)點(diǎn)編號(hào)、t(k)為支路k末節(jié)點(diǎn)編號(hào)，θ_ft表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的電壓相角差；

S5.計(jì)算有功殘差方程矩陣A_P和無(wú)功殘差方程矩陣A_Q，對(duì)有功殘差方程矩陣A_P和無(wú)功殘差方程矩陣A_Q分別進(jìn)行LLT分解得到有功下三角矩陣A_PL及無(wú)功下三角矩陣A_QL；

步驟S5所述的有功殘差方程矩陣A_P的計(jì)算公式為：

其中，為有功雅各比矩陣H_P的轉(zhuǎn)置，為有功量測(cè)權(quán)矩陣R_P的逆矩陣；

無(wú)功殘差方程矩陣A_Q的計(jì)算公式為：

其中，為無(wú)功雅各比矩陣H_Q的轉(zhuǎn)置，為無(wú)功量測(cè)權(quán)矩陣R_Q的逆矩陣；

S6.將有功雅各比矩陣H_P、無(wú)功雅各比矩陣H_Q、有功下三角矩陣A_PL、無(wú)功下三角矩陣A_QL及支路導(dǎo)納列表復(fù)制到GPU的主內(nèi)存中；

S7.基于GPU并行計(jì)算，在GPU中進(jìn)行有功迭代，判斷有功迭代收斂條件是否滿足，若是，執(zhí)行步驟S8，否則，更新節(jié)點(diǎn)電壓相角，執(zhí)行步驟S8；

S8.在GPU中進(jìn)行無(wú)功迭代，判斷無(wú)功迭代收斂條件是否滿足，若是，執(zhí)行步驟S9；否則，更新節(jié)點(diǎn)電壓幅值，執(zhí)行步驟S9；

S9.判斷有功迭代及無(wú)功迭代是否均收斂，若是，輸出狀態(tài)估計(jì)結(jié)果；否則，執(zhí)行步驟S10；

S10.判斷迭代次數(shù)kk是否大于最大迭代次數(shù)k_th，若是，狀態(tài)估計(jì)迭代不收斂；否則，返回執(zhí)行步驟S7。